JPH0215302A - プロセス機器の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分寿） 本発明はプロセス機器の制御装置に係り、特に制御系の
Ｗ常な動作を防止し常に（Ｍ頼竹の高い制御動作が可能
な、プロセス機器の制御Ｉｌ装置に関する。

（従来の技術〉 従来のプロセス機器の！ＩＪ御装置として、第２図に示
すようにプロセス量としてタンクに貯留された液体のレ
ベルを制御するタンクレベル制ｍ装置を例にとり、その
構成と制御２ｔＩ＃Ｊ作を説明する。

このタンクレベル制御装置は、液体を貯留するタンク１
と、タンク１に液体を供給する供給ボンブ２と、供給ポ
ンプ２の２次側に配設され、タンク１に供給する液体間
をｇ１節する供給弁３と、タンク１内から液体を系外へ
排出する排気弁４と、タンク１内の液位（タンクレベル
）を検出するレベル検出器５と、レベル検出器５からの
レベル検出信号６に基づいて、供給弁３および排出弁４
の弁開度をａ、ＩＩ御する制御Ｓ！ｉｉ置７とからも（
成される。

供給弁３が開弁することにより、供給ポンプ２から圧送
された液体がタンク１内に注入され、タンクレベルしか
上昇し、または排出弁４が開弁丈ることによりタンク１
内の液体が系外へ排出されタンクレベルＬが降下する。

タンクレベルＬの変化は、レベル検出器５によって検出
され、検出されたレベル検出信号６は、制ｔｇ＋装置７
に人力される。ｉ制御装置７は、タンクレベルの設定＋
１ｉ　８とレベル検出器＠６との偏差を解消し等しくな
るように１ｔｌＪ　ｒＩＪ指令信号９を供給弁２および
排出弁４に発信する。

ここでυＶｍ装Ｍ７が制御指令信号９を演粋する手順に
ついて説明りる。説明を簡略化するために、レベル検出
信号６、設定値８Ｉ３よび制御指令信号９は全て設定値
の一５０％〜＋５０％に対応する値の範囲で変動する変
数とし、制御指令信号９が０％から５０％に変化すると
き供給弁３の弁開度は０％から１００％に変化する一方
、制御指令信号９が一５０％から０％へ変化するとき、
排出弁４の弁開度は１００％から０％へ変化するシステ
ムを想定する。この場合制御指令信号９が０％以下のと
きは供給弁３の開度は０％であり、制御２１Ｉ指令信号
９が０％以上のとき、排出弁４の開度は０％である。

設定値８とレベル検出信号６とは減０器１０において減
算され、偏差信号１１として出力される。

偏差信号１１は乗０器１２によって比例ゲインＫＰと乗
算され、比例出力信号１３になる。

一方一差（１ｊ号１１は乗創ト４において積分ゲインに
１と東口され、さらに、積分４１５に入力され、積分器
１５に保持されていた値と加算されて積分出力信号１６
となる。積分器１５の２次側には下限リミッタ１７およ
び上限リミッタ１８が配設され、積分出力信号１６は、
この上下限リミッタ１８．１７によって、過大または過
小にならないように制限される。比例出力信号１３と積
分出力信号１６とは、加算器１９によって加拝され、２
１１制御指令信号９として出力される。

上記のような１１１１１回路を構成することにより、タ
ンクレベルしが所定値より低い場合、即ちタンクレベル
の設定１１１［８よりレベル検出（５号６の値が小さく
、偏差信号１１が零より大きい場合は、制御指令信号９
は０％を越える値となる。そして供給弁３が開弁する一
方、排出弁４は閉止する。そして、経時的に積分出力信
号１６の変動が解消し、偏差信号１１が零になるまでタ
ンクレベル［が上昇する。最終的にタンクレベルＬが所
定値に達した時点でｆ！ＩＩ　ｗＪ系は平衡状態になる
。

このように通常は、偏差信号１１が積分されるに従って
、制御系は平衡になるが、不測の外的な要因が作用した
場合、例えばタンク１が！［してタンク内の液体が継続
的に流出するような事態が発生し、大きな偏差信＠１１
が長時間継続的に積分器１５に入力されると、積分出力
信号１６が極端に増大する。そのため、多聞の液体をタ
ンク１内に注入して偏差信号１１の符号を逆転しても、
積分出力信号１６の値が変化するまで相当長い時間を要
し、制御の応答遅れを生じ迅速かつ高精爪なｙＪ１膏動
作が不可能となるおそれがある。

この問題点を解決４るため従来のＰ　Ｉ　ｈＩ御装置に
おいては、リセットワインドアップ機能を制御装置に付
設し、不測の事故が発生した場合においても、積分出力
信号１６がプラス側あるいはマイナス側に極端に突出し
た値とならないように構成されている。

芽なわら、下限リミッタ１７および上限リミッタ１８の
それぞれの限界値を規制づるための減粋器２０．２１が
付設されている。減粋器２０により、設定値の一５０％
値と比例出力信号１３とが減算され、減Ｏされた値が下
限値２２として下限リミッタ１７に設定され、積分出力
信号１６が上記下限値２２より小さくならないように制
限している。

同様に減咋器２１により、設定（１αの＋５０％値と比
例出力信号１３とが減算され、減算された値が上限値２
３として上限リミッタ１８に設定され、積分出力信号１
６が上肥上限偵２３を越えないように制限している。

このようにして積分出力信号１６は、下限蛸２２から上
限値２３までの範囲にその値が制限される。例えば比例
出力信号１３が３０％であれば、上限値２３は５０％か
ら３０％を差引いた２０％となる。このことは、偏差信
号１１が長時間にわたり積分器１５に人力された場合で
６積分出り信号１６は２０％の値で保持される。従って
制御指令信号９は、比例出力信号（３０％）と積分出力
信号（２０％）を加算した５０％となり、この値は、供
給弁３が全開するときの信号値に等しい。

このようにリセットワインドアップ機能とは、比例出力
信号１３と、積分出力信号１６との加算値である制御指
令信号９の値が、供給弁３の全開をもたらす５０％の値
、または排出弁４の全開をもたらす一５０％の値をそれ
ぞれ越えないように、積分出力信号１６の値を制限する
機能である。この機能によって積分出力信号１６は、υ
１１１１指令信号ｖ１９の上下限値である＋５０％から
一５０％までの範囲を逸脱しないように制限される。

（発明が解決しようとする課題） 上述のようなプロセス機器ａｉｌＪ願装置において、良
好な制御特性を得るためには比例ゲインに、を大きく設
定する一方、積分ゲインに１を小さく設定するのが一般
的ぐある。しかしながら、上記のようなゲインを設定し
た制御系においては、プロセス値が急変した場合に制御
系が逆の動作を実行する場合がある。

例えば、第２図に示づ従来例において、Ｋ、＝１０ＳＫ
、＝１／４として、タンクレベルＬ　Ｓ高く、偏差信号
１１が一２０％の状態を考える。このときの比例出力信
号１３は、Ｋ、と０ｉｉｉ差信号１１との積を計口して
一２００％となる。このとき下限リミッタ１７の下限値
２２は一５０％から比例出力信号（−２００％）を減算
した値１５０％となり、積分出力信号１６はこのυ１限
によって１５０％に保持される。

一方制御指令信号９は、比例出力信号（−２００％）１
３と積分出力信号（＋１５０％）１６とを加算して一５
０％となる。このとき排出弁４は全開され、液体を系外
に排出してタンクレベルＬを降下させる。

この状態の次の瞬間に急速にタンクレベルＬが低下し、
偏差信号１１が一４％まで変化した場合は、比例出力信
号１３はに、と偏差信号１１との積で与えられ一４０％
となる。このとき、下限リミッタ１７のＦ限（Ｉｌ’ｍ
　２２は、−５０％から比例出力信号（−４０％）を減
算して、−１０％となる。

また積分出力信号１６は、偏差信号（−４％）とに、（
１／４）との積を、前回保持した１５０％に加算して１
４９％と演算される。この値は下限リミッタ１７の下限
値（−１０％）によっては制限は受けず、保持される。

そのため、制御指令信号９は、比例出力信号（−４０％
）と積分出力信号（＋１４９％）との和で１０９％とな
る。

この結果、Ｊ、ＩＪ御装δ７は排出弁４を仝閉する一方
、供給弁３を全開Ｊる制御動作を実行する。すなわらタ
ンクレベルＬが高いにもかかわらず、タンク１内に液体
が注入され、さらにタンクレベルＬの上昇を助長するよ
うに制御系が逆に動作し、正常な１ｌＪｉｌｌ動作が不
可能になる問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、プロセス値の急激な変動を生じた場合においても
正常な制御ｉｔ切動作可能であり、より信頼性の高いプ
ロセス機器の制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を解決するため本発明に係るプロセス様器の制
ｔ［Ｉ装置は、プロセスｉ器のプロセス値と設定値どを
比較し偏差信号を出力する減粋器と、減口固からの偏差
信号を定数倍して比例出力信号を出力する乗算器と、上
記偏差信号を積分し、積分出力信号を出力する積分器と
、上記積分出力信号の上下限を規制する第１下限リミッ
タおよび第１上限リミッタと、第１土下限リミッタを通
過した積分出力信号と比例出力信号とを加算してブ１］
セス機器の制御指令信号を出力する加ｎ器と、比例出力
信号と制御指令下限値とを比較してＢ飴信号を選択的に
出力する高値選択器と、制御指令下限値から上記高値信
号を減口し、第１″Ｆ限リミッタに下限値を設定する減
算器と、比例出力信号とゐ制御指令上限値とを比較して
低値信号を選択的に出力する低値選択器と、制御指令上
限値から上記低値信号を減算し第１上限リミッタに上限
値を設定する減口器と、７ＸＩｉ器からの制御指令信号
の十下限を規υ１する第２Ｔニー限リミッタおよび第２
上限リミッタとを備えたことを特徴とする。

（作用） 上記構成のプロレス機器のυｊ御装置によれば、プロセ
ス値が大きく変動し、比例出力信号１３がマイナス方向
に大きく偏位し、制御指令下限値を逸脱した場合におい
て６１第１下限リミッタ１７の下限値２２は零であり、
積分器１５自体の出力も零に保持される。

すなわち従来の２．ＩＩ御回路のように下限値２２がプ
ラス側に演ｎされ、偏差信号１１がマイブス値であるに
も拘らず、積分器１５に保持した値によって積分出力信
号１６がプラスの値になることが防止される。

したがって本発明によればプロセス値が急変し、比例出
力信号１３の値が喪失された場合においでもυｌ１２１
１系が逆の応答をすることがなくなる。また比例出力信
号１３が逆にプラスの方向に大きく変化した場合におい
ても同様な作用効果を早する。

このように本発明装置によれば、積分出力信号１６が右
息な２Ｉ１１１１１範囲を越えた無意味な値に放散する
ことが防止され、より応答性にゆれ、かつ信頼性の高い
ｉ、ＩＩ御動作が可能となる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明に係るプロセス機器の制御装置の
一実施例を示す系統図である。

なお、第２図に示す従来例と同一要素には同一符号を付
して、その訂Ｉｌｌ説明は省略する。

本実施例に係るプロセス機器のＭｇＩＪ装置は、プロセ
ス機器のプロセス値としてのレベル検出信号６と設定値
８とを比較し偏差信号１１を出力する減（）器１０と、
減算器１０からの偏差信号１１を定数倍して比例出力信
号１３を出力する乗算器１２と、上記−差信号１１を積
分し、積分出力信号１６を出力する積分器１５と、上記
積分出力信号１６の上下限を規υｊづる第１下限リミッ
タ１７および第１上限リミッタ１８と、第１上下限リミ
ッタ１７．１８を通過した積分出力信号１６と比例出力
イＪ：号１３とを加算してプロセス問答の１．ＩＩ御指
令信号９を出力する加算器１９と、比例出力信号１３と
ｉ！、ＩＩ御指令下限値とを比較して高値信号２４を選
択的に出力する高値選択器２５と、制御指令下限値から
上記高値信号２４を減口し、第１下限リミッタ１７に下
限値２２を設定する減算器２０と、比例出力信号１３と
制御指令上限値とを比較して低値信号２６を選択的に出
力する低値選択器２７と、制御指令上限値から上記低値
信号２６を減律し第１上限リミッタ１８に上限値を設定
７る減口器２１と、加ｔ３器１つからの２＋＋制御指令
信号９の上下限を規制する第２下限リミッタ２８および
第２上限リミッタ２９とを備えて構成される。

本実施例に係るプロセス機器の制御装置では、次のよう
に制御指令信号９が演算される。

すなわらタンクレベルＬの設定値８と、レベル検出信号
６とが減算器１０において比較され、その偏差信号１１
が出力される。偏差信号１１は、乗算器１２において比
例ゲインに、と乗算され、比例出力信号１３となる。一
方、偏差信号１１は乗算器１４において、積分ゲインに
１と乗算され、乗算値はさらに積分器１５に入力されて
、予め積分器１５に保持されていた値と加算されて積分
出力信号１６となる。

高値選択器２５は比例出力信号１３と、υＪ御指令下限
値（−５０％）とを比較し、高値信号２４を選択的に出
力する。高値信号２４は減算器２０において制御指令下
限値（−５０％）から減算され、この減ｎ値が第１下限
リミッタ１７の下限値２２として設定される。したがっ
て、積分出力信号１６は下限値２２より小さくならない
ように制限される。

同様に低値選択器２７は、比例出力信号１３と、制御指
令上限値（＋５０％）とを比較し、低値信号２６を選択
的に出力する。低値信号２６は減専器２１において制御
指令上限値（＋５０％）から減口され、この減口値が第
１上限リミッタ１８の上限値２３として設定される。し
たがって積分出力信号１６は上限値２３より人きくなら
ないようにＬｌｌ限される。

比例出力信号１３と積分出力信号１６とは加篩器１９に
おいて加算され、υｌ１ｌｌ指令信号９となる。

Ｌｌｌ　ＩＩＩ指令信号９は、さらに第２下限リミッタ
２８によって制御指令下限値（−５０％）以下にならな
いように、また第２上限リミッタ２９によって制御指令
ト限値（＋５０％）以上にならないように制限されて、
供給弁３および排出弁４に入力される。

本実施例のυ制御回路には、高値選択器２５を設けたこ
とにより、第１下限リミッタ１６の下限値２２は一５０
％から０％までの範囲内で変動する。

一方低値選択器２７を設けたことにより第１上限リミッ
タ１８の上限１ｔｌＩ２３は０％から＋５０％までの範
囲内で変動する。

例えばＫ　−１０、Ｋ、＝１／４とし、タンクレベルＬ
が高く、偏差信号１１が一２０％の状態を考える。この
とき比例出力信号１３は、Ｋ、と偏差信号（−２０％）
との積から一２００％となる。この比例用カイ３号（−
２００％）１３は、高値選択器２５にＪ３いて制御指令
下限値（−５０％）と比較され、高値信号２４としては
、−５０％が出力される。このＰＩ値信Ｍ（−５０％）
２４は減ｎ器２０において制御指令下限ｆ（ｉ　（−５
０％）から減口され、減算結果である０％が第１下限リ
ミッタ１７の下限値２２として設定される。したがって
積分出力信号１６は、０％に保持される。

またｔＩＩＪ１１１指令信号９は、比例出力信号（−２
００％）と積分出力信号（０％）との加韓値である一２
００％であるが、第２下限リミッタ２８によって、−５
０％の値にシリ限される。この制■指令（２号（−５０
％）によって排出弁４が全開し、液体を系外に排出して
タンクレベル１を降下させる。

上記制御操作の次の瞬間に急速にタンクレベルＬが低下
し、偏差信号１１が一４％となった場合を考える。この
場合比例出力信号１３は、Ｋ、と偏差信号（−４％）と
の積から一４０％となる。

この比例出力信号（−４０％）１３とｆｌＩＩＩＩ指令
下限値（−５０％）とが高値選択器２５で選択され、４
０％が高値信号２４と（て出力される。高値信号（−４
０％）２４は、減締器２０において制御指令ト限値（−
５０％）から減口され、下限値（−１０％）が出力され
る。積分出力信号１６は、偏差信号（−４）とに１との
積に、前回保持されていた積（０％）を側御して一１％
と演口される。

この積分出力信号（−１％）は第１下限リミッタ１６の
下限値（−１０％）２２に影響されずに、その値を保持
する。

この結果＆ｌＪ御指令信号９は比例出力信号（−４０％
）１３と積分出力信号（−１％）とを加算した一４１％
となる。このｔ、ＩＩ　ｔｉｌｌ指令信号（−４１％）
は、第２下限リミッタ２８および第２上限リミッタ２９
に制限されずに、この制御指令信号（−４１％）が最終
的に供給弁３および排出弁４に入力される。そのため排
出弁４は継続的に開弁する一方、供給弁３は継続的に全
開した状態に保持されるという正常な２．ＩＩ御動作を
実行する。以後、偏差信号１１が解消するように制御系
が動作し、タンクレベルＬの設定値８と、レベル検出信
号６とが等しくなったとき、すなわち偏差信号１１が零
になった時貞で制御系の平衡が速成される。

以上説明で明らかなように本実施例では高値選択器２５
を設けたことにより第１下限リミッタ１７の下限値２２
が０％を越えることがない。したがってタンクレベルＬ
が高く、比例出力信号１３がマイナス符号の大きな値を
有づる場合においても、ｉ、ｌｌ１Ｉｌ系が逆の動作を
することがない。すなわち、従来装置のリセットワイン
ドアップ回路のように、積分出力信号がプラス側の値に
演σ保持され、次の瞬間に比例出力信号が急減して、前
回の制御１１動作において保持された積分出力信号のブ
ラス値の影冑を受け、ル１Ｉ１１］指令信号が、逆の動
作をｊＢ　＜プラス側の値として、出力されるという不
都合が発生しない。

同様に第１上限りミッタ１８の回路に低値選択器２７を
設けたことにより、上限値２３は０％より小さくならな
いため、タンクレベルの急変に伴・う制御指令信号の逆
り向の動作が回避される。例えば、タンクレベルＬが低
く、比例出力信号１３がプラス側の大きな値を有し、制
ｍ動作を実行した後に、急激に比例出力信号１３が急減
した場合においても制御指令信号９が、逆の動作を指令
づるマイナス側の値として与えられるという不都合は発
生しない。

また積分出力信号１６の上下限値２３．２２を設定する
第１上下限リミッタ１８．１７を設けても、比例出力信
号１３と積分出力信号１６との加鋒値であるυＩＩ［Ｉ
指令信号９の信号値が、その上下限値である＋５０％と
一５０％との範囲から逸脱するおそれがある。その逸脱
を防１するため、加粋器１９の２次側に第２下限リミッ
タ２８および第２上限リミッタ２９を設Ｇ）で、制御指
令信号９の上下限を規制している。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係るプロセス機器の制御装置
によれば、プロセス開の設定値と検出値との偏差を比例
積分して制御指令信号を演りする回路にＪ′３いて、比
例出力信号と制御指令上限値とを比較選択する低値選択
器を配設し、その低値信号に基づいて積分出力信号の上
限値を２＋１限づる一方、比例出力信号と制御指令下限
値とを比較し高値信号を選択器る高値選択器を配設し、
その高値信号に基づいて積分出力信号の下限値を制限す
る構成を採用している。そのため、プロセスｂ１の急激
な変動が発生した場合においても、積分出力が制御系の
正常な応答とは逆の値に保持されることを防止し、本来
必要とする制御動作の逆の動作を実行づることを未然に
回避づることを可能とし、より動作の信頼性が＾いプロ
セス機器の制御装ｄを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプロセス機器の制御装置の一実施
例を示づ系統図、第２図は従来のプロセス機器の制御装
置の構成例を示す系統図である。 １・・・タンク、２・・・供給ポンプ、３・・・供給弁
、４・・・排出弁、５・・・レベル検出器、６・・・レ
ベル検出信号、７・・・制御装置、８・・・設定値、９
・・・１ｉｌｌ　ｌＩＩ指令信号、１０・・・減粋器、
１１・・・偏差器間、１２・・・乗Ｒ３，１３・・・比
例出力信号、１４・・・乗算器、１５・・・積分ム、１
６・・・積分出力信号、１７・・・第１下限リミッタ、
１８・・・第１上限リミッタ、１９・・・加篩器、２０
・・・減算器、２１・・・減算器、２２・・・下限値、
２３・・・上限値、２４・・・高値信号、２５・・・高
Ｉｆ１選択器、２６・・・低値信号、２７・・・低値選
択器、２８・・・第２下限リミッタ、２９・・・第２上
限リミッタ、Ｌ・・・タンクレベル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プロセス機器のプロセス値と設定値とを比較し偏差信号
   を出力する減算器と、減算器からの偏差信号を定数倍し
   て比例出力信号を出力する乗算器と、上記偏差信号を積
   分し、積分出力信号を出力する積分器と、上記積分出力
   信号の上下限を規制する第１下限リミッタおよび第１上
   限リミッタと、第１上下限リミッタを通過した積分出力
   信号と比例出力信号とを加算してプロセス機器の制御指
   令信号を出力する加算器と、比例出力信号と制御指令下
   限値とを比較して高値信号を選択的に出力する高値選択
   器と、制御指令下限値から上記高値信号を減算し、第１
   下限リミッタに下限値を設定する減算器と、比例出力信
   号と制御指令上限値とを比較して低値信号を選択的に出
   力する低値選択器と、制御指令上限値から上記低値信号
   を減算し第１上限リミッタに上限値を設定する減算器と
   、加算器からの制御指令信号の上下限を規制する第２下
   限リミッタおよび第２上限リミッタとを備えたことを特
   徴とするプロセス機器の制御装置。